LED半導(dǎo)體照明的核心技術(shù)與發(fā)展趨勢

劉志航

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國城市化進(jìn)程速度加快，放眼望去，各種基礎(chǔ)建設(shè)工程以及生產(chǎn)生活都離不開光源支持和作用，在教室中學(xué)習(xí)需要燈光照明，夜市中的熱鬧需要燈光給予氣氛，廣場上的游樂也需要燈光指示。為保護(hù)視力，節(jié)約能源消耗，半導(dǎo)體照明順勢而出，給我們的學(xué)習(xí)與生活帶來便捷與舒適，不僅起到節(jié)能環(huán)保作用，更符合科技與時俱進(jìn)的時代發(fā)展軌跡。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體照明 核心技術(shù) 大功率

中圖分類號：TM923 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（b）-0075-02

半導(dǎo)體照明技術(shù)已經(jīng)逐漸深入到社會各個領(lǐng)域，萬家燈火之中無數(shù)人家都應(yīng)用了半導(dǎo)體光源（LED），這種燈具的使用贏得諸多居民的青睞，同時成為社會進(jìn)步的一道標(biāo)志。在我國半導(dǎo)體研究領(lǐng)域中，半導(dǎo)體照明技術(shù)研究起步較晚，但是很多企業(yè)集團(tuán)及研究機(jī)構(gòu)后來居上，在實(shí)驗(yàn)中取得突出的核心技術(shù)研究成果。以下就針對半導(dǎo)體照明的相關(guān)核心技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行簡要分析。

1 半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，半導(dǎo)體照明技術(shù)橫空出世，其在照明上節(jié)能環(huán)保、長壽命的優(yōu)越性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他一般照明技術(shù)，因此成為國內(nèi)外爭相搶先研發(fā)的科研項(xiàng)目。在以前，人們一般應(yīng)用白熾燈，隨著技術(shù)的發(fā)展，每個角落涉及的照明光源都開始采用LED節(jié)能燈?？梢?，半導(dǎo)體照明技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)深入到生活之中。根據(jù)資料，國外，跨國照明公司LuminIeds、GE、Osram等加強(qiáng)照明與半導(dǎo)體光電產(chǎn)業(yè)的重組兼并，競相角逐研發(fā)LED照明新技術(shù)、新產(chǎn)品，并且在最近幾年推出了各種型號的大功率LED燈，使半導(dǎo)體照明市場呈現(xiàn)欣欣向榮氣象。國內(nèi)，也有方大集團(tuán)等大型企業(yè)致力創(chuàng)新半導(dǎo)體照明核心技術(shù)，不斷探索LED燈高效大功率的實(shí)現(xiàn)方向，以便提升國內(nèi)半導(dǎo)體照明行業(yè)的自主研究能力。

2 半導(dǎo)體照明的核心技術(shù)及情況分析

2.1 光源集成組合模組

光源集成組合模組是利用眾多單管LED進(jìn)行二次重組，統(tǒng)一固定以得到功率更大、照明效果更好的LED照明光源。我們知道，半導(dǎo)體照明的照明光源對人眼刺激性非常小，因此當(dāng)用眼時間較長時就需要應(yīng)用到這種溫和無害而又明亮的光源。光源集成組合模組雖然是較為簡單的半導(dǎo)體照明技術(shù)，但是在具體進(jìn)行二次組合的過程中，依然具有非常大的發(fā)展空間。要想取得光源功率大、發(fā)光效率高的成果，就要促進(jìn)光源的均勻散布，提升散熱性能的設(shè)計(jì)效果。在進(jìn)行光源均勻散布設(shè)計(jì)時，有三個方面需要加以注意：首先，如果進(jìn)行半導(dǎo)體光源集成組合的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)精確整體設(shè)計(jì)框架下所需的光源個體及分布，并平衡整燈與小燈的關(guān)系；其次，應(yīng)當(dāng)詳細(xì)了解使用小燈的燈具結(jié)構(gòu)，根據(jù)整燈設(shè)計(jì)規(guī)劃整體的散熱系統(tǒng)；最后，必須基于整體原則，把握單管LED小燈的特性，將之與整燈的特質(zhì)進(jìn)行比對和統(tǒng)一，務(wù)必做好最優(yōu)化配置。

2.2 熱傳導(dǎo)技術(shù)

小時候我們經(jīng)常會用手觸摸燈泡，發(fā)現(xiàn)燈泡表面具有很高的熱量，實(shí)際上燈具的熱傳導(dǎo)性關(guān)系到燈具的使用壽命。從閱讀的書籍中，筆者了解到解決散熱問題已經(jīng)成為半導(dǎo)體照明核心技術(shù)中的重中之重，尤其是在高效率大功率LED光源研究之中，熱傳導(dǎo)技術(shù)的掌控，關(guān)系到產(chǎn)品能否進(jìn)入主流市場，也關(guān)系到產(chǎn)品在半導(dǎo)體照明市場上占據(jù)的位置。熱傳導(dǎo)技術(shù)的研發(fā)依托的是熱力學(xué)熱交換原理，以此來設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的散熱結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上有科研人員創(chuàng)新了熱導(dǎo)管新技術(shù)，能夠有效地保障低溫與低光衰，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體照明燈具的免維護(hù)，延長LED燈使用壽命。

2.3 半導(dǎo)體照明芯片制造技術(shù)

半導(dǎo)體照明芯片制造可謂是半導(dǎo)體照明研究之中的難點(diǎn)，于我國研究領(lǐng)域而言，這一技術(shù)的攻克歷經(jīng)艱難。值得慶祝的是，方大集團(tuán)針對芯片制造內(nèi)容展開的專題研究工程“高效大功率氮化鎵LED芯片及半導(dǎo)體照明白光源制造技術(shù)”取得了重大研究成果，成功克服芯片制造難題，掌握了關(guān)鍵技術(shù)要領(lǐng)，這為我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，提高了國內(nèi)半導(dǎo)體照明行業(yè)的競爭實(shí)力。尤其是大功率芯片制造核心技術(shù)的掌握，促進(jìn)了行業(yè)內(nèi)半導(dǎo)體照明關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，有利于完善我國半導(dǎo)體照明行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化體系。

2.4 LED驅(qū)動技術(shù)

LED驅(qū)動技術(shù)屬于半導(dǎo)體照明的核心技術(shù)之一。通過驅(qū)動技術(shù)能為照明光源電路提供穩(wěn)定保障，并且在驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用下，能夠形成安全電流供應(yīng)循環(huán)。這與當(dāng)下市電供給關(guān)注的降壓、整流、穩(wěn)定三方面問題不謀而合。LED驅(qū)動技術(shù)的研發(fā)需要考慮到功率轉(zhuǎn)換問題，并且解決電磁輻射較大等難點(diǎn)，當(dāng)前智能化驅(qū)動電路技術(shù)日漸成熟，給半導(dǎo)體照明研發(fā)市場提供許多幫助，例如具有按時段調(diào)控點(diǎn)續(xù)流，高效釋放靜電、雷電的作用。

3 半導(dǎo)體照明的發(fā)展趨勢分析

在下一階段，高亮度LED市場會得到進(jìn)一步的發(fā)展，汽車、照明、LED背光源將成為市場的發(fā)展主力，其中最具代表性的就是高亮度發(fā)光二極管（High Brighttness LED），相關(guān)的領(lǐng)域也得到了進(jìn)一步的開發(fā)與利用，這會成為未來階段的發(fā)展主力。

在照明設(shè)備市場中，LED產(chǎn)業(yè)將會逐步取代目前的照明燈具，逐步進(jìn)入室內(nèi)與室外照明市場中，雖然目前LED技術(shù)的成本偏高，但是在全球能源危機(jī)背景下，推廣LED依然是一種必然的趨勢，目前，在LED照明燈具上，已經(jīng)呈現(xiàn)出了規(guī)?；l(fā)展。

在汽車照明市場中，高檔汽車中已經(jīng)陸續(xù)開始應(yīng)用LED燈，這多應(yīng)用在尾燈與剎車燈中，隨著LED技術(shù)的成熟與產(chǎn)品價格的下降，LED照明技術(shù)會逐步過渡至多數(shù)汽車上。LED燈的體積相對較小，可以縮小汽車燈具模塊，滿足省油與省電的要求。

在LED背光源市場中，LED燈具也以其無輻射、環(huán)保的性能，取代了傳統(tǒng)的CCFL，LED/LCD模塊產(chǎn)值日益擴(kuò)大，白光LED開始取代傳統(tǒng)的CCFL，應(yīng)用領(lǐng)域也開始從戶外設(shè)備擴(kuò)展至各類背光源應(yīng)用產(chǎn)品中，其中最為常見的板塊就是手機(jī)面板。LED的另外一個重要應(yīng)用領(lǐng)域就是數(shù)碼相機(jī)與手機(jī)閃光燈市場，目前已經(jīng)取得了突破性的發(fā)展。

LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展涉及較長的產(chǎn)業(yè)鏈，包含下游產(chǎn)品集成、中游封裝與上游外延材料環(huán)節(jié)，上游資本密集、技術(shù)含量高；中游技術(shù)密集程度與技術(shù)含量較低，但是不同的環(huán)節(jié)，其核心關(guān)鍵技術(shù)存在差異，這成為決定產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性因素。就我國的情況來看，完全掌握核心技術(shù)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)并不多，在上游技術(shù)上，與發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距，盡管在中游封裝上已經(jīng)具備實(shí)力，但是高端材料還是需要依靠進(jìn)口，在光學(xué)設(shè)計(jì)、電源管理、散熱技術(shù)的研究上，還有難關(guān)尚未攻克，這是下一階段需要重點(diǎn)解決的問題。

4 結(jié)語

總之，我國在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域中的發(fā)展與取得的成果是有目共睹的。無論是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還是半導(dǎo)體照明技術(shù)的應(yīng)用，都處于欣欣向榮之勢，相信未來我們的祖國會掌握更多半導(dǎo)體照明核心技術(shù)，造福人民，創(chuàng)建美好家園。

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